XMM-NewtonがキャプチャしたPulsar RX J0720.4-3125。拡大するにはクリックしてください
ESAの周回X線望遠鏡であるXMM-Newton宇宙観測所は、制御不能な中性子星を発見しました。オブジェクトの全体的な温度は変化しておらず、回転しているだけで、地球上の観測者にさまざまな領域をゆっくりと表示しています。これらの観察は、天文学者がこれらの種類のオブジェクトを管理する内部プロセスのいくつかを理解するのに役立ちます。
ESAのXMM-Newton X線天文台のデータを使用して、宇宙物理学者の国際的なグループは、1つの回転中性子星が科学者が期待する安定した回転子ではないようであることを発見しました。これらのX線観測は、熱の進化、そして最終的には中性子星の内部構造に新しい洞察を与えることを約束します。
パルサーとしても知られている中性子星の回転は、一般に非常に安定した回転子として知られています。ラジオまたはX線の波長で放出される周期的な信号のおかげで、非常に正確な天文「時計」として機能します。
科学者たちは、過去4年半にわたって、RX J0720.4-3125という1つの謎めいたオブジェクトの温度が上昇し続けていることを発見しました。ただし、ごく最近の観測では、この傾向が逆転し、気温が低下していることが示されています。
科学者によると、この影響は実際の温度変化によるものではなく、代わりに表示ジオメトリの変化によるものです。 RX J0720.4-3125はおそらく「歳差運動」です。つまり、ゆっくりと回転しているため、時間の経過とともに表面のさまざまな領域が観察者にさらされます。
中性子星は恒星進化の終点の1つです。直径が20〜40 kmの球に閉じ込められた太陽の質量に匹敵する質量で、それらの密度は原子核よりもやや高く、1立方センチメートルあたり10億トンです。超新星爆発で彼らが誕生して間もなく、それらの温度は摂氏1 000 000度のオーダーになり、それらの熱放射の大部分は電磁スペクトルのX線帯域に落ちます。若い孤立した中性子星はゆっくりと冷却されており、X線で観測できないほど冷たくなるには100万年かかります。
中性子星は非常に強い磁場を持っていることが知られており、通常は地球より数兆倍も強い。磁場は非常に強いため、恒星内部の地殻から地殻を通る熱輸送に影響を与え、星表面の磁極の周りにホットスポットをもたらします。
X線スペクトルを支配するのは、これらの高温の極冠からの放射です。星の表面からの熱放射を直接観測できる既知の孤立した中性子星はわずかです。それらの1つは、約8秒半の周期で回転するRX J0720.4-3125です。 「長い冷却時間のスケールを考えると、X線スペクトルが数年にわたって変化するのを見るのは非常に予想外でした」と研究を主導したマックスプランク地球物理学研究所（ドイツ）のフランクハーバールは言ったグループ。
「中性子星の全球温度が急激に変化することはほとんどありません。むしろ、私たちは恒星表面のさまざまな領域をさまざまな時間に見ています。これは、ホットスポットが視線の内外に移動しているときの中性子星の回転期間中にも観察されるため、総放出量への寄与が変化します」とHaberlは続けました。
中性子星が歳差運動するとき（回転するコマのように）、はるかに長い時間スケールで同様の効果が見られます。その場合、回転軸自体が円錐の周りを移動し、長年にわたって表示ジオメトリのゆっくりとした変化につながります。自由歳差運動は、完全な球からの星のわずかな変形によって引き起こされる可能性があります。これは、非常に強い磁場に起源がある可能性があります。
2000年5月のRX J0720.4-3125の最初のXMM-Newton観測では、観測された温度は最低であり、より涼しく、より大きなスポットが主に見えました。一方、4年後（2004年5月）、歳差運動は、主に2番目のより高温で小さなスポットを表示し、観測された温度が上昇しました。これは、温度と放射領域で観測された変動、およびそれらの反相関を説明している可能性があります。
彼らの研究では、Haberl氏と同僚はRX J0720.4-3125のモデルを開発しました。これは、これまで説明するのが困難であった固有の特性の多くを説明できます。このモデルでは、温度の長期変化は、恒星が約7〜8年の周期で歳差運動するときに見える2つの高温の極冠の異なる部分によって生成されます。
このようなモデルが機能するためには、2つの放出極領域が異なる温度とサイズである必要があります。これは、同じクラスの孤立した中性子星の別のメンバーの場合に最近提案されたものです。
チームによれば、RX J0720.4-3125は、恒星表面から直接見えるX線放射を介して中性子星の歳差運動を研究するためのおそらく最良のケースです。歳差運動は、中性子星の内部を調査し、実験室では生成できない条件下で物質の状態を知るための強力なツールになる場合があります。
この興味深いオブジェクトをさらに監視するために、追加のXMM-Newton観測が計画されています。 「私たちは、熱進化、この特定の星の磁場形状、および中性子星の内部構造一般についてさらに学習したいと考えている理論的なモデリングを続けています」とHaberl氏は結論付けました。
元のソース：ESAポータル
